CS259429B1

CS259429B1 - Carbon fiber based voltammetric microelectrode

Info

Publication number: CS259429B1
Application number: CS867999A
Authority: CS
Inventors: Zbynek Vedral
Original assignee: Zbynek Vedral
Priority date: 1986-11-05
Filing date: 1986-11-05
Publication date: 1988-10-14
Also published as: CS799986A1

Abstract

Je vytvořena voltametrická mikroelektroda, která je výrobně jednoduchá a je vhodná pro použití in vivo. Mikroelektroda sestává ze skleněné mikrokapiláry, jejímž středem prochází vodič, například z mědi. Uvnitř skleněné mikrokapiláry je vodič spojen vodivým tmelem z koloidního stříbra, se souose uloženým uhlíkovým vláknem, které je vyvedeno vně skleněné mikrokapiláry. Vnější část uhlíkového vlákna má délku 50 μΐη a je pokryta epoxidovým povlakem. Voltametrovou mikroelektrodu lze využít hlavně v případě obtížné fixace experimentálního objektu, kdy má tento objekt ještě určitou míru pohyblivosti, například u rostlinných buněk.A voltammetric microelectrode is created, which is simple to manufacture and is suitable for in vivo use. The microelectrode consists of a glass microcapillary, through the center of which a conductor, for example made of copper, passes. Inside the glass microcapillary, the conductor is connected by a conductive sealant made of colloidal silver, with a coaxially placed carbon fiber, which is brought out outside the glass microcapillary. The outer part of the carbon fiber has a length of 50 μΐη and is covered with an epoxy coating. The voltammetric microelectrode can be used mainly in the case of difficult fixation of an experimental object, when this object still has a certain degree of mobility, for example in plant cells.

Description

Vynález se týká voltametrické mikroelektrody na bázi uhlíkového vlákna, která je vhodná zejména pro použití in vivo.The present invention relates to a carbon fiber voltammetric microelectrode which is particularly suitable for in vivo use.

Voltametrické mikroelektrody jsou vysoce perspektivní elektrochemická a elektroanalytická čidla. Mají výhodné vlastnosti, které vyplývají z nepatrného rozměru aktivní elektrodové plochy, jakoi je například možnost práce In vivo, možnost použití vysokých rychlostí polarizace, možnost práce v mála vodivých prostředcích, necitlivost na konvektivní pohyb okolního roztoku nebo možnost analyzovat nepatrné objemy vzorků.Voltammetric microelectrodes are highly perspective electrochemical and electroanalytical sensors. They have advantageous properties that result from the small size of the active electrode surface, such as the ability to work in vivo, the ability to use high polarization rates, the ability to work in few conductive devices, insensitivity to convective movement of the surrounding solution, or the ability to analyze minute sample volumes.

Voltametrické mikroelektrody lze zhotovit z různých materiálů, podobně jako u rozměrnějších elektrod. Jako nejčastější materiál ke zhotovení těchto mikroelektrod se používají různé typy uhlíkových vláken. Dosud připravované a v ojedinělých případech i komerčně vyráběné voltametrické mikroelektrody mají některé nevýhodné vlastnosti, jež brání jejich většímu rozšíření, zejména při experimentech in vivo. Tyto nevýhody vyplývají z jejich stávajícího konstrukčního uspořádání. Existuje typ těchto mikroelektrod, kde uhlíkové vlákno je uvnitř skleněné mikrokapiláry zatmeleno a průměr špičky skleněné mikrokapiláry je minimálně 10 μαι.Voltammetric microelectrodes can be made of different materials, similar to larger electrodes. Various types of carbon fibers are used as the most common material for making these microelectrodes. Up to now prepared and in rare cases also commercially manufactured voltammetric microelectrodes have some disadvantageous properties that prevent their widespread spread, especially in in vivo experiments. These disadvantages result from their existing design. There is a type of these microelectrodes where the carbon fiber is embedded inside the glass microcapillary and the diameter of the glass microcapillary tip is at least 10 μαι.

Vzhledem k tomu je možno tuto mikroelektrodu při práci in vivo použít pouze u živočišných buněk, a to o rozměru větším než 500 μιη, aby bylo možné zanedbat rozsah poškození buněk, vzniklého při vpichu mikroelektrody. $$Accordingly, this microelectrode can only be used in animal cells with an size greater than 500 μιη for in vivo operation, in order to neglect the extent of cell damage resulting from the microelectrode injection. $$

Dále je znám ještě druhý typ voltametrické mikroelektrody, kde je uhlíkové vlákno vyvedeno ze skleněné kapiláry v délce 1 až 1,5 centimetru. Tento typ nelze pro měření in vivo vůbec použít, neboť by došlo ke zkratování membránového potenciálu při vpichu mikroelektrody, protože uhlíkové vlákno je vlastně vodič.Furthermore, a second type of voltammetric microelectrode is known, wherein the carbon fiber is led out of a glass capillary of 1 to 1.5 centimeters in length. This type cannot be used for in vivo measurements at all, since the membrane potential at the microelectrode injection would be short-circuited, since the carbon fiber is actually a conductor.

Navíc při případné aplikaci u rostlinných buněk by došlo při vpichu k ohnutí vyčnívající části uhlíkového vlákna.In addition, if applied to plant cells, the protruding portion of the carbon fiber would be bent upon injection.

Tyto uvedené voltametrické elektrody jsou v praxi určeny pro aplikace v elektrochemii a používají speciální uhlíková vlákna zahraniční výroby.These voltammetric electrodes are in practice intended for electrochemical applications and use special carbon fibers of foreign production.

Výše uvedené nedostatky odstraňuje voltametrická elektroda na bázi uhlovodíkovéhoi vlákna podle vynálezu. Tato voltametrická mikroelektroda je tvořena skleněnou mikrokapilárou, jejímž středem prochází vodič, například měděný, který je uvnitř skleněnéThe above-mentioned drawbacks are overcome by a hydrocarbon fiber-based voltammetric electrode according to the invention. This voltammetric microelectrode consists of a glass microcapillary centered by a conductor, for example copper, inside the glass

9 mikrokapiláry spojen vodivým tmelem se souose uloženým uhlíkovým vláknem. Toto uhlíkové vlákno je vyvedeno ven ze skleněné mikrokapiláry. Podstatou vynálezu je, že vodivým tmelem je zde koloidní stříbro a část uhlíkového vlákna, vyvedená vně skleněné kapiláry, má délku 50 ,um a je pokryta epoxidovým povlakem.9 micro-capillaries connected by conductive sealant with coaxial carbon fiber. This carbon fiber is led out of the glass microcapillary. It is an object of the invention that the conductive sealant here is colloidal silver and a portion of the carbon fiber extending outside the glass capillary has a length of 50 µm and is covered with an epoxy coating.

Výhodou takto vytvořené voltametrické mikroelektrody podle vynálezu je, že její špička má nepatrný průměr, daný průměrem uhlíkového vlákna, a to v podstatě menší než 4 μαι. Špička voltametrické mikroelektrody je pružná i pevná a dovoluje ohyb minimálně 45°. Lze s výhodou použít uhlíková vlákna československé výroby, která mají v podstatě vlastnosti shodné s vlastnostmi zahraničních uhlíkových vláken. Jsou zde pouze nepatrné rozdíly v oblasti absolutních hodnot proudů a přepětí, což není při daných aplikacích na závadu. Použitím koloidního stříbra místo vodivého epoxidu jako vodivého tmelu je výhodné, neboť má podstatně menší elektrický odpor. Tyto mikroelektrody jsou výrobně velmi jednoduché a umožňují pracovat in vivo v rostlinných buňkách o minimální velikosti 200 ,um.An advantage of the inventive voltammetric microelectrode thus formed is that its tip has a small diameter, given by the diameter of the carbon fiber, substantially less than 4 μαι. The tip of the voltammetric microelectrode is both flexible and rigid and allows a minimum bend of 45 °. Advantageously, carbon fibers of Czechoslovak production can be used which have substantially the same properties as those of foreign carbon fibers. There are only slight differences in the absolute values of currents and overvoltage, which is not a problem in the given applications. The use of colloidal silver instead of a conductive epoxide as a conductive sealant is advantageous since it has a significantly lower electrical resistance. These microelectrodes are very simple to manufacture and allow to work in vivo in plant cells with a minimum size of 200 µm.

Příklad uspořádání voltametrické elektrody na bázi uhlíkového vlákna podle vynálezu je schematicky uveden na přiloženém výkrese.An example of an arrangement of a voltammetric carbon fiber electrode according to the invention is schematically shown in the attached drawing.

Uvnitř skleněné mikrokapiláry 2 je uložen měděný vodič 1, v tomto’ případě o průměru 0,2 mm, který je uvnitř skleněné mikrokapiláry 2 spojen vodivým tmelem 3, který je tvořen koloidním stříbrem, s uhlíkovým vláknem 4 o maximálním průměru 4 μαι. Uhlíkové. vlákno 4 je vyvedeno špičkou skleněné mikrokapiláry 2 ven. Tato vnější část 6 uhlíkového' vlákna 4 je dlouhá 50 μπι a je pokryta epoxidovým povlakem 5, například Lepoxem.Inside the glass microcapillary 2 a copper conductor 1, in this case 0.2 mm in diameter, is placed inside the glass microcapillary 2 by a conductive sealant 3 consisting of colloidal silver with a carbon fiber 4 having a maximum diameter of 4 μαι. Carbon. the fiber 4 is led out by the tip of the glass microcapillary 2. This outer part 6 of the carbon fiber 4 is 50 μπι long and is covered with an epoxy coating 5, for example Lepox.

Účelem této mikroelektrody je docílit co nejmenší průměr její špičky. Jako špička voltametrové mikroelektrody podle vynálezu funguje vlastní uhlíkové vlákno¹ 4, potažené epoxidovým povlakem 5. Toto uspořádání zabraňuje zkratu membránového potenciálu po vpichu voltametrové mikroelektrody do buňky a zároveň dává mikroelektrodě dobré mechanické vlastnosti.The purpose of this microelectrode is to achieve the smallest diameter of its tip. The actual carbon fiber ¹⁴ coated with an epoxy coating 5 acts as the tip of the voltameter microelectrode according to the invention.

Vbltameťrovou mikroelektrodu podle vynálezu lze využít hlavně v případě obtížné fixace experimentálního objektu, kdy má tento objekt ještě určitou míru pohyblivosti.The micro-electrode according to the invention can be used mainly in the case of difficult fixation of an experimental object, where the object still has a certain degree of mobility.

Claims

A voltammetric carbon fiber-based microelectrode consisting of a glass microcapillary centered through a conductor, for example copper, is connected within the glass microcapillary by a conductive sealant to a coaxially deposited carbon fiber that is led outside the glass microcapillary, characterized in that the conductive sealant (3). 1) is a colloidal silver and the outer part [6] of the carbon fiber (4J) extending outside the glass microcapillary (2) has a length of 50 µm and is covered with an epoxy coating (5).